パワーエレクトロニクス

科目基礎情報

学校 苫小牧工業高等専門学校 開講年度 令和03年度 (2021年度)
授業科目 パワーエレクトロニクス
科目番号 0030 科目区分 専門 / 選択
授業形態 授業 単位の種別と単位数 学修単位: 2
開設学科 創造工学科(電気電子系共通科目) 対象学年 5
開設期 後期 週時間数 2
教科書/教材 教科書:西方正司監修、高木亮(他3名)著「基本からわかるパワーエレクトロニクス講義ノート」オーム社、加藤ただし著「電子回路シミュレータ入門(CD-ROM付)」ブルーバックス社/参考図書:正田英介「パワーエレクトロニクス」オーム社、野中作太郎「パワーエレクトロニクス演習」朝倉書店、江間敏・高橋勲「パワーエレクトロニクス」コロナ社、引原隆士「パワーエレクトロニクス」朝倉書店、片岡昭雄「パワーエレクトロニクス入門」森北出版、Ali Emadi,“Energy Efficient Electric Motors 3rd Edition”,Marcel & Dekker Inc.,2005
担当教員 佐沢 政樹

到達目標

1.パワエレがどのような分野でどのような目的で適用されているかを理解し,事例を挙げて説明することができる。
2.パワー半導体デバイスの種類と特性について理解し,主な特徴を説明できる。
3.パワー半導体デバイスの損失計算と冷却計算をすることができる。
4.ひずみ波に関しての高調波計算方法や主要指標(実効値,ひずみ率,波形率,平均値など)について理解し,具体的な波形について計算することができる。
5.代表的な回路の動作原理について理解し,波形を描いて説明できる。

ルーブリック

理想的な到達レベルの目安標準的な到達レベルの目安未到達レベルの目安
評価項目1パワエレがどのような分野でどのような目的で適用されているかを教科書を見ずに事例を挙げて説明できる。パワエレがどのような分野でどのような目的で適用されているかを教科書を見れば事例を挙げて説明できる。パワエレがどのような分野でどのような目的で適用されているかを説明できない。
評価項目2パワー半導体デバイスの種類と特性について教科書を見ずに説明できる。パワー半導体デバイスの種類と特性について教科書を見ながら説明できる。パワー半導体デバイスの種類と特性について説明できない。
評価項目3パワー半導体デバイスの損失計算と冷却計算を教科書を見ずに計算することができる。パワー半導体デバイスの損失計算と冷却計算を教科書を見ながら計算することができる。 パワー半導体デバイスの損失計算と冷却計算をすることができない。
評価項目4ひずみ波に関しての高調波計算方法や主要指標(実効値,ひずみ率,波形率,平均値など)について理解し,具体的な波形について教科書を見ずに計算することができる。 ひずみ波に関しての高調波計算方法や主要指標(実効値,ひずみ率,波形率,平均値など)について理解し,具体的な波形について、教科書を見ながら計算することができる。 ひずみ波に関しての高調波計算や主要指標(実効値,ひずみ率,波形率,平均値など)について計算することができない。
評価項目5代表的な回路の動作原理について理解し,教科書を見ずに波形を描いて説明できる。 代表的な回路の動作原理について理解し,教科書を見ながら波形を描いて説明できる。 代表的な回路の動作原理について説明できない。

学科の到達目標項目との関係

Ⅰ 人間性
Ⅱ 実践性
Ⅲ 国際性

教育方法等

概要:
本授業を通じて,身近なところから社会インフラに至るまでパワーエレクトロニクスが多くの分野において貢献している技術であることを学ぶ。
授業の進め方・方法:
パワーエレクトロニクス技術の必要性,適用分野および効果について学び,キーコンポーネントであるパワー半導体デバイスの特徴や冷却設計法,さらにはこのデバイスを使用した電力変換回路の動作原理や高調波計算法など実務的な手法について習得する。
到達目標に示した内容に関する定期試験、小テスト確認と自学自習の成果物である演習課題で総合的に達成度を評価する。
割合は、定期試験50%、小テスト30%、演習課題20%とし、合格点は60点以上である。再試験は定期試験と小テストを評価する。
注意点:
教科書,関数電卓を準備すること。電子物性,電気回路(特に過渡現象)および応用数学(特にフーリエ解析)で学んだ知識を前提とするのでよく復習しておくこと。パソコンを用いた回路解析ツールの使用方法について演習を行うので,以降の回路動作の理解を深めるための補助ツールとして利用すること。
授業項目毎に配布する演習課題に自学自習により取り組むこと。自学自習は60時間を必要とする。演習課題は添削後,目標が達成されていることを確認し返却する。目標が達成されていない場合には再提出を求める。

授業の属性・履修上の区分

アクティブラーニング
ICT 利用
遠隔授業対応
実務経験のある教員による授業

授業計画

授業内容 週ごとの到達目標
後期
3rdQ
1週 ガイダンス 1.パワーエレクトロニクスの基礎(1) ・応用分野と適用効果 パワエレの応用分野と適用の狙いについて理解し,事 例を挙げて説明できる
2週 1.パワーエレクトロニクスの基礎(2)
・電力変換回路の動作原
電力変換回路の動作概要について説明できる。
3週 1.パワーエレクトロニクスの基礎(3)
・ひずみ波形の扱い方
高調波解析の手法およびひずみ波に関する指標につい て理解し,具体的な波形について計算することができ る。
4週 1.パワーエレクトロニクスの基礎(4)
・回路解析ツールの使い方
回路解析ツールを使うことができる。
5週 2.パワー半導体デバイス(1)
・各種デバイスの動作と特徴比較
デバイスの種類とその動作・特徴を説明することがで きる。
6週 2.パワー半導体デバイス(2)
・素子損失と冷却設
デバイスの損失計算や冷却設計の考え方を理解し,計 算することができる
7週 3.整流回路(1)
・単相半波整流回路
単相半波整流回路の動作原理を説明できる
8週 3.整流回路(2)
・単相全波整流回路
単相全波整流回路の動作原理を説明できる。
4thQ
9週 3.整流回路(3)
・三相全波整流回路
三相全波整流回路の動作原理を説明できる。
10週 4.DC-DC変換回路(1)
・昇圧チョッパ回路
昇圧チョッパ回路の動作原理を理解し,入出力間の関 係式を用いて具体的な回路計算ができる。
11週 4.DC-DC変換回路(2)
・降圧チョッパ回路
降圧チョッパ回路の動作原理を理解し,入出力間の関 係式を用いて具体的な回路計算ができる。
12週 4.DC-DC変換回路(3)
・昇降圧チョッパ回
昇降圧チョッパ回路の動作原理を理解し,入出力間の 関係式を用いて具体的な回路計算ができる。
13週 5.インバータ回路(1)
・方形波インバータ
・方形波インバータ
方形波インバータの動作原理を理解し,説明すること ができる
14週 5.インバータ回路(2)
・パルス幅変調(PWM)インバータ
パルス幅変調(PWM)インバータの動作原理を理解し ,説明することができ
15週 6.パワーエレクトロニクスの応用事例
・電動機制御への応用
・電力調整への応用
パワーエレクトロニクスの応用事例について理解説明 できる
16週 定期試験

評価割合

定期試験小テスト課題合計
総合評価割合503020100
基礎的能力25152060
専門的能力2515040